研究人员研究铁铬基合金氧化膜的微观结构演变
铁素体/马氏体钢和奥氏体钢是先进核能系统的主要候选材料。材料的耐腐蚀性能是保证关键部件安全使用的因素之一。由于材料的耐腐蚀性与所形成的氧化膜的特性密切相关,因此研究候选材料在高温水中的氧化膜至关重要。
中国科学院近代物理研究所研究人员选取候选材料(15-15Ti、316L和T91)研究其在高温蒸汽中的早期氧化行为以及氧化物微观结构的演变过程。该成果发表在《材料科学与技术杂志》上。
奥氏体钢(15-15Ti、316L)氧化膜中的富Ni层由Fe-Cr尖晶石氧化物和富Ni相组成。IMP的研究人员在内氧化层中发现了大量纳米孔,可以作为氧化剂的快速气体传输通道。他们揭示了富镍层的演化过程以及内氧化层纳米孔的形成机制。
作为腐蚀过程中元素迁移和空位聚集的产物,孔隙对扩散主导的氧化行为也有重要影响。研究人员利用透射电子显微镜(TEM)进一步研究了316L和T91氧化膜的微观结构,重点关注膜内孔隙的形貌、分布和大小等微观特征。
使用TEM的高分辨率观察表明,316L和T91氧化膜的内层在纳米尺度上比外层更多孔,这与大多数以前使用光学显微镜和扫描电子显微镜的观察不同。通过分析氧化膜的物相、结构和成分,可以看出316L由于其内部有多孔的富Cr氧化层,在高温蒸汽中的抗氧化性能优于T91。
研究人员随后揭示了纳米孔对材料氧化腐蚀性能的影响机制。通过模型计算,他们认为Ni元素的迁移和扩散是奥氏体钢316L暴露于350℃~500℃蒸汽时内氧化层纳米孔形成的主导因素。
本研究为新型防腐材料的研发提供科学依据和技术支撑。
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